đồ án môn học kỹ thuật điều khiển động cơ - điều khiển quạt gió làm mát cấp khí lạnh cho phòng từ máy điều hòa, điều khiển nhiệt độ phòng

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG






KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ

ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN QUẠT GIÓ LÀM MÁT CẤP KHÍ
LẠNH CHO PHÒNG TỪ MÁY ĐIỀU HOÀ, ĐIỀU KHIỂN
THEO NHIỆT ĐỘ PHÒNG


GVHD : TS. LÊ QUANG ĐỨC
SVTH : Nhóm 02 - Lớp DC09
Lương Văn Phương (MSSV: 0951060040)
Phạm Thế Quang (MSSV: 0951060048)



Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2012

3


M ỤC L ỤC

Trang
Lời nói đầu 4
Nhận xét của giảng viên 5
Yêu cầu đồ án, sơ đồ giải pháp 6
1. Chọn động cơ (quạt) 8
2. Chọn thiết bị điện chính 10
2.1 Biến tần 10
2.2 Cầu chì 11
2.3 MCB 13
2.4 MCCB 14
2.5 Contactor 14
2.6 Input AC Reactor 15
2.7 Intput Noise Filter 16
2.8 Output Noise Filter 17
2.9 Rơ le trung gian 18
2.10 Cảm biến nhiệt độ 18
2.11 Power supply 20
2.12 Nút nhấn 21
2.13 Đèn báo 22
2.14 Cáp điện 23
2.15 Tủ điện 24
3. Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển 25
4. Chức năng của các thiết bị 25
5. Nguyên lý hoạt động của hệ thống 25
6. Cài đặt 26
7. Bản vẽ 27



4

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những thập niên gần đây công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày
càng phát triển mạnh mẽ. Kỹ thuật điện đã có những bước phát triển đặc
biệt mạnh và gắn liền với hầu hết các hoạt động trong sản xuất và sinh
hoạt của con người, đặc biệt là trong kỹ thuật điều khiển tự động.
Hiện nay công nghệ nước ta được đánh giá là bắt kịp với công nghệ
thế giới. Đất nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ nhưng ngân sách
còn hạn hẹp chưa thể đáp ứng những điều kiện tốt nhất cho việc học tập
và nghiên cứu của sinh viên, điều này là những khó khăn nhưng cũng
chính là động lực cho chúng ta có những sáng tạo mới, ý tưởng mới giúp
cho việc học của mình và bạn bè được tốt hơn. Những lần đi thực hành
hay làm đồ án môn học chính là lúc mà chúng ta được phát huy trí sáng
tạo của sinh viên. Hãy tự mình tạo ra môi trường học tập tốt nhất cho bản
thân và bạn bè! Chính vì vậy trong lần làm đồ án môn học này, với
những kiến thức được trang bị về nhiều môn học trong đó có môn Kỹ
thuật điều khiển động cơ, qua các bài giảng của các thầy cô và đặc biệt là
sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Lê Quang Đức, chúng em đã hoàn
thành đồ án “điều khiển quạt gió làm mát cấp khí lạnh cho phòng từ máy
điều hoà, điều khiển theo nhiệt độ phòng” đúng thời gian.
Với trình độ và thời gian còn nhiều hạn chế, chúng em đã cố gắng
nhưng không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý thầy cô và bạn bè
đóng góp ý kiến để đồ án ngày càng hoàn thiện và đến được với thực tế.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh ngày 01 tháng 12 năm 2012
Nhóm thực hiện:
Lương Văn Phương
Phạm Thế Quang

Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 5


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 6


YÊU CẦU ĐỒ ÁN, SƠ ĐỒ GIẢI PHÁP

Đồ án:Quạt gió (sử dụng biến tần Emerson).
Điều khiển quạt gió làm mát cấp khí lạnh cho phòng từ máy điều hoà, điều khiển
theo nhiệt độ phòng.
- Quạt có công suất 10 HP,
- Chọn động cơ, quạt, AC drive, thiết bị điện để điều khiển nhiệt độ của phòng.
- Quạt chạy liên tục, tự chạy lại khi có sự cố mất điện.
- Điều khiển ổn định nhiệt độ phòng bằng cách điều khiển tốc độ động cơ quạt.


Đối tượng làm việc:
Điều khiển nhiệt độ phòng trong 1 văn phòng làm việc của công ty, giữ nhiệt độ ổn
định ở mức 25
o
C.
Chế độ làm việc liên tục.

(Hình ảnh minh họa)

Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 7


Sơ đồ giải pháp:


Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 8


1. Chọn động cơ:

- Yêu cầu: chọn động cơ dùng cho tải quạt gió, chế độ làm việc dài hạn, công suất
7,5kW.
- Lựa chọn: quạt CPL- 4- 5,5D
- Thông số kỹ thuật:

Mã sản phẩm CPL- 4- 5,5D
Hãng sản xuất Phương Linh
Thông số động cơ
Công suất (kw) 7,5
Điện áp (V) 380
Dòng điện (A) 13,6

Cos φ 0,84
Thông số quạt
Phi cánh (mm) 550
Tốc độ (rpm) 1500
Lưu lượng (m
3
/h) 7000 ÷ 8500






Đặc tính làm việc
Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 9


Catalog quạt: (QuạtLyTâm- PhươngLinh trang 9)



Đánh giá: chọn động cơ đạt yêu cầu đề ra.
Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức

Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 10


2. Chọn thiết bị điện chính
2.1 Biến tần
- Yêu cầu: sử dụng biến tần Emerson cho tải quạt gió, chế độ làm việc dài hạn, công
suất 7,5kW.
- Lựa chọn: Chọn biến tần Emerson PV0075
Ctalog Emerson PV0075 (HDSD bien tan Emerson PV trang 13).




Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 11



- Thông số kỹ thuật

Thông số kỹ thuật Mô tả
Ngõ vào
Điện áp và tần số 3 pha, 380V~440V, 50Hz/60Hz.
Dải dao động có thể chấp
nhận được
Áp : 320V~460V ; không cân bằng pha : <3% ; sai số
tần số : ±5% .

Ngõ ra
Điện áp 380V
Tần số 0Hz~650Hz .
Khả năng chịu quá tải
120% dòng định mức trong 1 phút , 150% dòng định
mức trong 1 giây .
Chức
năng điều
khiển
Mômen tải khi khởi động 180% mômen tải định mức tại tần số 0.50Hz .
Dạng đường cong V/F
Gồm 4 loại: đường cong tuyến tính V/F và 3 loại
đường cong V/F (bậc 2.0, bậc 1.7, và bậc 1.2 )
Bộ điều khiển tích phân
tỉ lệ -PI tích hợp sẳn
Dùng cho các hệ thống điều khiển vòng kín dễ dàng
.
Tiết kiệm năng lượng tự
động
Đường cong V/F được tối ưu tự động tương ưng
với điều kiện của tải để tiết kiệm năng lượng .

Đánh giá: chọn biến tần đảm bảo yêu cầu đề ra.
2.2 Cầu chì (fuse)
Yêu cầu: bảo vệ ngắn mạch, chịu được dòng của các thiết bị trên mạch điều khiển.
Lựa chọn: cầu chì của hãng Siemens với thông số kỹ thuật như sau:
Mã sản phẩm: 3NA3 802
Dòng điện định mức I
n
=2A

Điện áp định mức U
n
=500/250 (V AC/V DC)

Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 12


Catalog (Siemens-fuse (1) trang 5/37)


Đánh giá: chọn cầu chì đảm bảo yêu cầu bảo vệ mạch điều khiển.

Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 13


2.3 MCB(Miniature circuit breaker)

Yêu cầu: MCB bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch điều khiển.
Lựa chọn: MCB hãng Siemens

Mã hàng : 5SL6502-7
Nhà sản xuất : Siemens

Số cực : 1P+N
Dòng định mức : 2A
Dòng ngắn mạch : 6kA

Catalog (MCB SIEMENS trang 7) chọn:



Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 14


2.4 MCCB (Molded Case Circuit Breaker)

Yêu cầu: MCCB bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực.
Lựa chọn: MCCB hãng Mitsubishi (dựa theo khuyến cáo nhà sản xuất biến tần).

Mã hàng : NF32-SW
Nhà sản xuất : Mitsubishi
Số cực : 3P
Điện áp : 380 V
Dòng điện định mức : 32A
Dòng điện ngắn mạch : 5 kA

Catalog (MCCB Mitsubishi WS series trang 16)

2.5 Contactor

Yêu cầu: chọn contactor cho việc đóng cắt mạch động lực.
Lựa chọn: Contactor 3 phase Mitsubishi MS N Series.
Thông số kỹ thuật như sau:
Mã hàng : S-N20
Nhà sản xuất : Mitsubishi
Điện áp : 380V AC
Dòng điện định mức : 22A
Tiếp điểm phụ : 1NO + 1NC

Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 15


Catalog (Contactor_MS_N_Series trang 26)


Đánh giá: chọn contactor đạt yêu cầu.
2.6 Input AC Reactor
- Yêu cầu: giảm được sóng hài.
- Lựa chọn: Input AC Reactor hãng Omron
- Thông số kỹ thuật:

Mã sản phẩm 3G3AX-AL4110
Hãng sản xuất Omron
Công suất (kw) 7,5
Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức

Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 16


Catalog (SysDrive Option Datasheet trang 3)

2.7 Input Noise Filter
- Yêu cầu: giảm nhiễu điện từ
- Lựa chọn: Input Noise Filter hãng Omron
- Thông số kỹ thuật:

Mã sản phẩm 3G3AX-NFI43
Hãng sản xuất Omron
Công suất (kw) 7,5

Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 17


Catalog (SysDrive Option Datasheet trang 3)

2.8 Output Noise Filter
- Yêu cầu: giảm nhiễu điện từ
- Lựa chọn: Output Noise Filter hãng Omron
- Thông số kỹ thuật:

Mã sản phẩm 3G3AX-NFO03
Hãng sản xuất Omron
Công suất (kw) 7,5

Catalog (SysDrive Option Datasheet trang 3)

Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 18


2.9 Rơ le trung gian (Omron Relay)
Yêu cầu: đảm bảo yêu cầu đóng ngắt của mạch điều khiển.
Lựa chọn: rơ le Omron
Nhà sản xuất : Omron
Mã hàng : MY4-AC220/240
Dòng điện : 3A
Điện áp điều khiển : 220/240 VAC
Số cặp tiếp điểm : 4


Catalog (Omron Relay vn trang 1)


Đánh giá: chọn rơ le đạt yêu cầu.
2.10 Cảm biến nhiệt độ
- Yêu cầu: cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ phòng, truyền tín hiệu về cho biến tần
để biến tần điều khiển động cơ.

- Lựa chọn: cảm biến nhiệt độ hãng ELEKTRONIK
- Thông số kỹ thuật:
Mã sản phẩm EE10-T6-D04-T04
Hãng sản xuất ELEKTRONIK
Output 4 ÷ 20 mA
Display with display
T-Unit
o
C
T-scale 0 ÷ 50
o
C
Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 19




Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 20

2.11 Power Supply
Yêu cầu: đáp ứng cấp nguồn cho cảm biến nhiệt độ.
Lựa chọn: chọn power supply của hãng Tracopower có thông số kỹ thuật:
Mã sản phẩm: TCL 024–124
Điện áp ngõ vào: 85…264 VAC
Điện áp ngõ ra: 24 V DC
Dòng điện ra định mức: 1A
Tần số: 47…63 Hz

Catalog (power supply trang 1)


Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 21


2.12 Nút nhấn (Pushbutton)
- Yêu cầu: nút nhấn tự giữ cho mạch điều khiển.
- Lựa chọn: nút nhấn IDEC
- Thông số kỹ thuật:

Mã sản phẩm HW1B-A110
Hãng sản xuất IDEC
Điện áp (V) 220 V
Dòng điện (A) 3 A
Kích thước φ 29 mm
Kiểu điều khiển Maintained (tự giữ)

Tiếp điểm 1NO
Số lượng 2

Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 22


Catalog: (IDEC HW-Series trang 15)


Đánh giá: chọn nút nhấn đạt yêu cầu.
2.13 Đèn báo
- Yêu cầu: đèn báo pha, điều khiển.
- Lựa chọn: đèn báo IDEC
- Thông số kỹ thuật:

Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 23


Mã sản phẩm HW1P-2M42G (màu xanh)
HW1P-2M42R (màu đỏ)
Hãng sản xuất IDEC
Điện áp (V) 220 V

Dòng điện (A) 3 A
Kích thước φ 22 mm
Số lượng 5 đèn màu xanh, 1 đèn màu đỏ

Catalog: (IDEC HW-Series trang 18)


Đánh giá: chọn đèn báo đạt yêu cầu.
2.14 Cáp điện
- Yêu cầu: chọn 2 loại cáp điện phù hợp với mạch động lực và mạch điều khiển dựa
theo khuyến cáo của nhà sản xuất biến tần: cáp mạch động lực 4mm
2
, cáp mạch điều
khiển 1mm
2
(chi tiết: HDSD bien tan Emerson PV trang 27).
- Lựa chọn: cáp điện lực hạ thế CADIVI ruột đồng, cách điện PVC, vỏ PVC CVV–
0,6/1KV.
Cáp mạch điều khiển.
Cáp loại 2 lõi, Mặt cắt danh định: 1,5 (mm
2
); Đường kính ruột dẫn: 1,38(mm);
Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 24


Đường kính tổng: 8,8 (mm); Điện trở DC ở 20

o
C: 12,1(W/km).



Cáp mạch động lực.
Cáp loại 4 lõi, Mặt cắt danh định: 4 (mm
2
); Đường kính ruột dẫn: 2,55(mm);
Đường kính tổng: 13,6 (mm); Điện trở DC ở 20
o
C: 4,61(W/km).

Đánh giá: chọn cáp điện đạt yêu cầu.
2.15 Tủ điện

Yêu cầu: đảm bảo đủ về kích thước để đặt hết các thiết bị cần đặt trong tủ và yêu cầu
về bảo vệ các thiết bị này.
Lựa chọn: đặt hàng với nhà sản xuất dựa trên kích thước thực tế của các thiết bị.

Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 25


3. Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển
File autocad kèm theo.
4. Chức năng của các thiết bị

 Chức năng của các thiết bị trong mạch động lực:
 MCCB: bảo vệ các thiết bị trong mạch động lực khi có sự cố ngắn mạch hoặc
quá tải xảy ra.
 AC Input Reactor: giảm sóng hài trên đường dây.
 Contactor (MC): đóng ngắt mạch động lực.
 Input noise filter: giảm nhiễu điện từ.
 Đèn báo pha: hiển thị tình trạng của nguồn điện.
 Sensor: cảm biến nhiệt độ trong phòng để truyền tín hiệu về cho biến tần.
 Power supply: cấp nguồn 24VDC cho sensor.
 Biến tần: điều khiển tốc độ động cơ.
 Động cơ: làm quay cánh quạt để cấp khí lạnh vào trong phòng.

 Chức năng của các thiết bị trong mạch điều khiển:
 Cầu chì: bảo vệ mạch điều khiển khi có sự cố ngắn mạch xảy ra.
 MCB: bảo vệ các thiết bị trong mạch điều khiển khi có sự cố ngắn mạch hoặc
quá tải xảy ra.
 Nút nhấn tự giữ (công tắc): đóng mở tiếp điểm trong mạch điều khiển.
 Rơ le trung gian: đóng mở tiếp điểm mạch động lực khi có tín hiệu điện bên
mạch điều khiển.
 Đèn báo: hiển thị trạng thái hoạt động của hệ thống.

5. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Ta đóng MCB bên mạch điều khiển để cấp nguồn cho mạch điều khiển.
Ta đóng MCCB bên mạch động lực để cấp nguồn cho mạch động lực.
Khi ta nhấn công tắc CT1, contactor MC sẽ hoạt động.
 Làm cho tiếp điểm bên mạch điều khiển đóng.
 Đồng thời tiếp điểm bên mạch động lực cũng đóng lại cấp nguồn cho biến tần.
 Đèn Đ5 sáng (báo tín hiệu có điện).
Khi ta nhấn công tắc CT2, Relay RA sẽ hoạt động.
 Làm cho tiếp điểm RA bên mạnh động lực đóng lại cấp tín hiệu cho biến tần

hoạt động và quạt sẽ hoạt động theo tín hiệu hồi tiếp của sensor và các chế độ
Đồ án Kỹ thuật điều khiển động cơ GVHD: TS. Lê Quang Đức



Nhóm 02 – DC09 – ĐH GTVT TpHCM 26


cài đặt theo yêu cầu.
 Đèn Đ6 sáng (báo tín hiệu có điện).
Khi muốn dừng động cơ ta nhấn công tắc CT2.
Khi muốn dừng hoạt động toàn bộ hệ thống ta nhấn công tắc CT1.
Khi có sự cố:
1. Mất điện đột xuất: Ta đã cài chế độ Start on the fly (tự động bắt tần số), khi có
điện lại động cơ sẽ tự chạy lại.
2. Quá tải, ngắn mạch: Ta đã cài chế độ cho biến tần, khi có quá tải, ngắn mạch
xảy ra thì:
+ tiếp điểm TA-TB của biến tần sẽ mở ra ngắt điện toàn bộ hệ thống.
+ tiếp điểm TA-TC của biến tần sẽ đóng lại đèn báo sự cố Đ4 sẽ sáng.

6. Cài đặt.
Cài đặt thông số cho biến tần.
Cài đặt ứng dụng để điều chỉnh tối ưu hoá sự kết hợp giữa bộ biến tần và động cơ
cho một ứng dụng cụ thể (điều khiển quạt gió). Bộ biến tần có nhiều tính năng nhưng
không phải tất cả các tính năng đều cần thiết cho một ứng dụng cụ thể. Có thể bỏ qua
các tính năng không cần thiết này khi cài đặt ứng dụng.

Cài đặt thông số ban đầu:
Tín hiệu Ý nghĩa Cài đặt Ghi chú Trang
F0.03 Cài đặt chế độ điều

khiển
1
Điều khiển ngoài
91
F0.04 Cài đặt chế độ chạy 0
Chạy thuận
91
F0.10 Thời gian tăng tốc 5s 91
F0.11 Thời gian giảm tốc 5s 91
F0.12 Giới hạn tần số trên 50Hz 92
F0.13 Giới hạn tần số dưới

10Hz 92
F0.14 Chọn đặc tuyến V/F 2 Đặc tuyến đường
cong 2(h5.5/70 )
92
F2.00 Start on the fly 2 Tự bắt tần số khi mất
điện
94
F2.05 Chế độ tăng và
giảm tốc
1 Theo đường cong S 94
F2.13 Chọn đơn vị hãm 1 Cho phép 95
FH.09 Auto tuning 1 Cho phép 115